秸稈污泥堆肥產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的篩選及產(chǎn)酶條件優(yōu)化

【摘要】：大量城市生活污泥的處理處置成為目前我國(guó)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。堆肥化處理污泥是使其無(wú)害化、資源化的一條有效途徑,具有廣闊的應(yīng)用前景。堆肥過(guò)程中的調(diào)理劑的選擇對(duì)堆肥效率和產(chǎn)品品質(zhì)的影響尤為重要,當(dāng)前普遍使用的調(diào)理劑是農(nóng)作物秸稈。作物秸稈的主要組成有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,而粗纖維素作為一類(lèi)相當(dāng)難降解的高分子物質(zhì),不利于堆肥化的高效進(jìn)行及養(yǎng)分的資源化利用,因此要解決秸稈污泥的堆肥問(wèn)題應(yīng)先解決纖維素的降解問(wèn)題。 一直以來(lái),纖維素的微生物降解受到很大重視,已有不少關(guān)于纖維素酶產(chǎn)生菌、酶結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用方面的研究。但大多是直接從土壤環(huán)境中篩選分離或是針對(duì)秸稈堆肥為主體的纖維素降解菌的篩選,在應(yīng)用到以污泥堆肥為主體的環(huán)境中時(shí)往往處理效果不佳。 堆肥化過(guò)程中細(xì)菌是降解有機(jī)物及產(chǎn)熱的主要微生物類(lèi)群(至少80～90%的微生物活動(dòng)產(chǎn)生于細(xì)菌)。鑒于此,本研究主要針對(duì)細(xì)菌進(jìn)行篩選,從秸稈污泥兩者混合發(fā)酵后的堆肥產(chǎn)品中篩選高效的產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌,旨在為污泥堆肥的生物處理提供原始菌株。因此,本研究主要有以下幾方面工作： (1)試驗(yàn)選取揚(yáng)州市湯汪污水處理廠(chǎng)的脫水污泥為堆肥基質(zhì),同時(shí)以秸稈(輔加一定比例的菌菇渣)為調(diào)理劑,控制堆肥基本原料(污泥和秸稈)的濕重比為固定值(1：0.025),通過(guò)改變輔料菌菇渣的比例分別設(shè)置了3個(gè)處理(堆體A、堆體B和堆體C)進(jìn)行堆肥。分別考察3個(gè)堆體堆肥過(guò)程中的溫度、pH、含水率、有機(jī)質(zhì)含量、總氮量、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量等7個(gè)方面的變化趨勢(shì),對(duì)污泥的堆肥效果作連續(xù)一個(gè)月的理化性質(zhì)的監(jiān)測(cè)。 通過(guò)對(duì)3個(gè)處理的7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)比于其他2個(gè)堆體,堆體C的升溫優(yōu)勢(shì)明顯,達(dá)到最高溫所需時(shí)間最短且溫度最高,堆體微生物代謝旺盛,有機(jī)質(zhì)充分降解,水分大量散失,有效實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化,同時(shí)氮素?fù)p失量偏低,且pH、有機(jī)質(zhì)含量均在適宜堆肥發(fā)酵進(jìn)行的范圍內(nèi),堆肥效果呈現(xiàn)最佳,故從該堆體中采取樣品進(jìn)行篩菌工作。 (2)從堆體C的堆肥產(chǎn)品中取樣,利用以羧甲基纖維素鈉為唯一碳源的選擇性培養(yǎng)基富集馴化,并加以剛果紅平板染色的方法進(jìn)行初篩,選取得到周?chē)型该魅伴L(zhǎng)勢(shì)旺盛的細(xì)菌16株。對(duì)初步篩選的16株細(xì)菌分別作濾紙降解實(shí)驗(yàn)和纖維素酶活力測(cè)定,篩選得到1株相對(duì)高效的纖維素降解菌株S9,其發(fā)酵4天后羧甲基纖維素酶(CMCase)和濾紙酶(FPase)分別達(dá)到46.00U/mL和18.21U/mL。結(jié)合形態(tài)觀察,并通過(guò)對(duì)菌株S9的16S rDNA基因序列進(jìn)行基因庫(kù)比對(duì)和進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建等一系列工作,發(fā)現(xiàn)菌株S9與Devosia sp.DDB001親緣關(guān)系最近。 (3)通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn),對(duì)細(xì)菌S9的產(chǎn)酶發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。分別考察不同發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、搖床轉(zhuǎn)速、接種量和培養(yǎng)基初始pH對(duì)菌株生長(zhǎng)量和纖維素酶活力的影響,結(jié)果表明其產(chǎn)酶發(fā)酵的最佳發(fā)酵時(shí)間為60h,培養(yǎng)溫度30℃,轉(zhuǎn)速130rpm、接種量在4%以及最適初始pH范圍為7.2～7.5,且在該條件下其FPase和CMCase活力分別達(dá)到23.10U/mL和54.97U/mL。 【關(guān)鍵詞】：污泥堆肥 秸稈 纖維素降解菌 篩選 酶活力 條件優(yōu)化 鑒定
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：X703;X172
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 污泥資源化研究現(xiàn)狀11-13
• 1.1.1 污泥污染及處置現(xiàn)狀11
• 1.1.2 污泥堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)11-13
• 1.1.3 污泥堆肥調(diào)理劑的選擇13
• 1.2 農(nóng)作物秸稈資源的利用情況13-15
• 1.2.1 農(nóng)作物秸稈資源現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 農(nóng)作物秸稈應(yīng)用途徑現(xiàn)狀14-15
• 1.3 秸稈纖維素的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)15-16
• 1.3.1 秸稈纖維素及其結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3.2 秸稈纖維素的性質(zhì)16
• 1.4 微生物降解纖維素的研究進(jìn)展16-23
• 1.4.1 纖維素降解菌研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.2 纖維素酶18-23
• 1.5 本課題研究工作23-26
• 1.5.1 研究背景及意義23
• 1.5.2 研究目的及內(nèi)容23-24
• 1.5.3 技術(shù)路線(xiàn)24-26
• 第二章 秸稈污泥堆肥26-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料26-27
• 2.1.1 供試材料26
• 2.1.2 藥品與試劑26-27
• 2.1.3 儀器與設(shè)備27
• 2.2 試驗(yàn)方法27
• 2.3 分析方法27-29
• 2.3.1 堆肥溫度27
• 2.3.2 含水率27-28
• 2.3.3 pH值28
• 2.3.4 有機(jī)質(zhì)的測(cè)定28
• 2.3.5 氮素的測(cè)定28-29
• 2.4 結(jié)果與分析29-35
• 2.4.1 溫度的變化29-30
• 2.4.2 pH的變化30-31
• 2.4.3 含水率的變化31-32
• 2.4.4 有機(jī)質(zhì)的變化32
• 2.4.5 氮素的變化32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 第三章 產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的分離篩選及鑒定37-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料37-38
• 3.1.1 樣品來(lái)源37
• 3.1.2 藥品與試劑37
• 3.1.3 培養(yǎng)基37-38
• 3.1.4 儀器與設(shè)備38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法38-42
• 3.2.1 富集馴化38
• 3.2.2 產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的分離純化38-39
• 3.2.3 分離純化菌株的保存39
• 3.2.4 濾紙降解鑒定實(shí)驗(yàn)39
• 3.2.5 產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的篩選39
• 3.2.6 纖維素酶活力的測(cè)定39-40
• 3.2.7 菌種的鑒定40-42
• 3.3 結(jié)果與分析42-47
• 3.3.1 菌株的初步篩選結(jié)果42-43
• 3.3.2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制43-44
• 3.3.3 纖維素酶活力的測(cè)定44-45
• 3.3.4 菌種的鑒定45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 菌株S9產(chǎn)酶發(fā)酵條件優(yōu)化48-57
• 4.1 材料48
• 4.1.1 供試菌株48
• 4.1.2 藥品與試劑48
• 4.1.3 培養(yǎng)基48
• 4.1.4 儀器與設(shè)備48
• 4.2 方法48-49
• 4.2.1 發(fā)酵時(shí)間的優(yōu)化48
• 4.2.2 培養(yǎng)溫度的優(yōu)化48-49
• 4.2.3 轉(zhuǎn)速的優(yōu)化49
• 4.2.4 接種量的優(yōu)化49
• 4.2.5 培養(yǎng)基初始pH的優(yōu)化49
• 4.3 結(jié)果與分析49-56
• 4.3.1 發(fā)酵時(shí)間50-51
• 4.3.2 發(fā)酵溫度51-52
• 4.3.3 轉(zhuǎn)速52-53
• 4.3.4 接種量53-55
• 4.3.5 培養(yǎng)基初始pH55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)和討論57-61
• 5.1 最佳取樣堆體的選擇57-58
• 5.1.1 結(jié)果57-58
• 5.1.2 討論58
• 5.2 產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的篩選鑒定58-59
• 5.2.1 結(jié)果58-59
• 5.2.2 討論59
• 5.3 菌株S9產(chǎn)酶發(fā)酵條件的優(yōu)化59-61
• 5.3.1 結(jié)果59-60
• 5.3.2 討論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 附表65-73
• 致謝73-74
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄74-75

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SACT工藝與唐山西郊污水處理二廠(chǎng)污泥堆肥工程    王濤;

污泥堆肥施用于不同質(zhì)地土壤后對(duì)氮礦化之影響    黃正介;陳尊賢;

植物生長(zhǎng)響應(yīng)與污泥堆肥施加量間的關(guān)系初探    邱家洲;黃游;陳玲;

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污泥也可變肥料    記者 劉維善 通訊員 良駿

水處理產(chǎn)業(yè)巨頭治污有“術(shù)”    記者 羅兵

空氣負(fù)離子是抵抗城市細(xì)菌的衛(wèi)士    本報(bào)記者 張紅梅

城市污泥加工成有機(jī)肥    劉欣

俞維理：植物與細(xì)菌的和諧真相    李荔

青島銀河公司污泥利用示范工程獲科技部立項(xiàng)    沈鎮(zhèn)平

科技助推城市突破污泥重圍    本報(bào)記者 臺(tái)桂花

“吞”下污泥“吐”出有機(jī)肥料    丁貴生

啤酒廠(chǎng)剩余污泥堆肥高效菌群構(gòu)建及其新型堆肥工藝研究    潘飛

江蘇城市污泥中PAHs的分布特征及其堆肥對(duì)PAHs（熒蒽）環(huán)境行為的影響研究    張雪英

楊凌城市污泥高效好氧堆肥研究    康軍

城市污水處理廠(chǎng)水質(zhì)提高與污泥堆肥技術(shù)研究    陶俊杰

城市污泥特性分析及其在生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用研究    譚國(guó)棟

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土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)典型有機(jī)肥的響應(yīng)及機(jī)制研究    潘丹丹

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秸稈污泥堆肥產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的篩選及產(chǎn)酶條件優(yōu)化    佘婷婷

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